专利名称:偏振光学元件和使用了该偏振光学元件的液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及偏振光学元件和使用了该偏振光学元件的液晶显示装置。
背景技术：
液晶显示装置是如下这样的装置，即，利用偏振镜将来自背光源的光变为直线偏振光，使其与对液晶层的电压施加相应地旋光，通过利用检偏镜使之有选择性地透过而调频，由此进行黑白显示。现在通过使用滤色片已经实现了彩色显示。
在此，现在最广为使用的偏振镜是将延伸了的PVA(聚乙烯醇)薄膜用具有光吸收各向异性的化合物(碘或二色性色素等)进行了染色的二向色偏振镜。
该偏振镜吸收与二色性色素的吸收轴平行的偏振光成分，而使与吸收轴正交的偏振光成分透过，从而使透过了偏振镜的光仅为直线偏振光。所以，此种二向色偏振镜为吸收型，从原理上来说对自然光的透射率在50％以下，从而有光的利用效率低的问题。
出于防止由此种二向色偏振镜的光吸收造成的损耗的目的，开发出了反射特定方向的直线偏振光而使其它方向的偏振光透过的反射型偏振镜，并已经达到了实用化。
该反射型偏振镜例如可以列举出利用微细金属栅格(线栅)的偏振镜(例如专利文献1)。该偏振镜具有平行地排列了直径与光的波长相比足够小的金属线的结构，具有反射与金属线平行的偏振光成分(TE偏振光)而使与金属线正交的偏振光成分(TM偏振光)透过的偏振特性。
当将反射型偏振镜用于液晶显示装置时，则只有来自背光源的非偏振光中的TM偏振光透过反射型偏振镜，射入液晶层而用于显示。
另一方面，TE偏振光由反射型偏振镜反射而回到背光源侧。该TE偏振光因在背光源筐体内部等中漫反射而变为非偏振光，并再次射入反射型偏振镜，这样的循环反复进行。因此，可以将背光源的光的大部分变为TM偏振光并射入液晶层，因此光利用效率大幅地提高。
但是，当液晶显示装置进行暗显示时，由于从显示装置外向显示装置射入的光(周边光)当中的TE偏振光成分被该反射型偏振镜反射，因此显示的对比度就会降低。
为此，在专利文献2中，公开了将微细金属栅格(线栅)和光吸收型微细栅格组合使用的技术。
日本特开平9-90122号公报[专利文献2]日本特开2005-37900号公报但是，在专利文献2所记载的技术中，构件数或工序数多且复杂，从而存在可以用于对角线在20英寸以上的大型液晶显示装置的尺寸难以实用化的问题。
发明内容本发明就是鉴于所述问题而做出的，其主要目的在于，提供一种偏振光学元件，其在应用于液晶显示装置时可以实现具有高对比度的显示，并且能够大型化，而且光利用效率优良。
本发明的偏振光学元件是具有第一和第二主平面的平板型偏振光学元件，在所述第一主平面上形成有沿规定方向排列的金属微细栅格，所述微细栅格的表面因对形成该微细栅格的金属表面进行表面处理而成为由金属化合物构成的覆膜，对于从所述第一主平面侧入射的光，吸收与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过，对于从所述第二主平面侧入射的光，反射与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过。
另外，本发明的其它方式的偏振光学元件是具有第一和第二主平面的平板型偏振光学元件，在所述第一主平面上，使朝向与规定方向一致地分散配置了多个单位构造体，该多个单位构造体的所述规定方向的长度尺寸在光的波长以上，与所述规定方向正交的方向的长度尺寸小于光的波长，所述单位构造体的表面由金属覆盖，并且与所述第一主平面相对的一侧的该金属表面因表面处理而成为金属化合物，对于从所述第一主平面侧入射的光，吸收与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过，对于从所述第二主平面侧入射的光，反射与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过。
而且，在所述偏振光学元件中，也可以是在所述第一主平面上还具备覆盖所述金属的透明层，所述透明层的表面是大致平坦的。在该情况下，也可以使所述透明层为具有粘着性的透明树脂(所谓粘结剂)。
另外，为了提高与所述规定方向平行的方向的偏振光从所述第一主平面侧入射时的光吸收性，也可以是，在所述偏振光学元件中，所述金属为铝，所述表面处理为阳极氧化处理，使所述金属化合物为阳极氧化覆膜(所谓防蚀铝覆膜)。
另外，为了提高与所述规定方向平行的方向的偏振光从所述第一主平面侧入射时的光吸收性，也可以是，在所述偏振光学元件中，所述金属化合物中浸渗有染料，或所述金属化合物含有颜料，或向所述金属化合物电化学析出了与所述金属不同的金属或金属化合物。
本发明的液晶显示装置使用了所述的任意一个偏振光学元件。
具体来说，本发明的液晶显示装置包括具有由第一基板和第二基板夹持的液晶层的液晶板，以及从第二基板侧对液晶层进行照明的背光源组件，通过对所述液晶层施加电压而进行显示，在所述第二基板与所述背光源组件之间，设置有所述的任意一个偏振光学元件，其中，使该偏振光学元件的第一主平面侧朝向所述第二基板侧，对于从所述第一主平面侧入射的光，所述偏振光学元件吸收与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过；对于从所述第二主平面侧入射的光，所述偏振光学元件反射与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过。
另外，本发明的其它方式的液晶显示装置包括具有由第一基板和第二基板夹持的液晶层的液晶板，以及从第二基板侧对液晶层进行照明的背光源组件，通过对所述液晶层施加电压而进行显示，在所述液晶层与所述第二基板之间，设置有所述的任意一个偏振光学元件，其中，使该偏振光学元件的第一主平面侧朝向所述液晶层侧，对于从所述第一主平面侧入射的光，所述偏振光学元件吸收与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过，对于从所述第二主平面侧入射的光，所述偏振光学元件反射与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过。
根据本发明，可以提供能够大型化并且光利用效率优良的偏振光学元件。另外，当将本发明的偏振光学元件应用于液晶显示装置时，则可以实现具有高对比度的显示。
图1是说明本发明实施方式一的偏振光学元件的构造的俯视示意图。
图2是说明本发明实施方式二的偏振光学元件的构造的俯视示意图。
图3是用于说明本发明实施方式三的偏振光学元件的构造的图，(A)是从上面看到的概略示意图，(B)是截面的概略示意图。
图4是说明本发明实施方式四的液晶显示装置的构造的截面示意图。
图5是说明本发明实施方式四的液晶显示装置的作用的截面示意图。
图6是说明本发明实施方式五的液晶显示装置的构造的截面示意图。
图7是说明本发明实施方式五的液晶显示装置的作用的截面示意图。
图中，1-偏振光学元件，2-基板，2a-基板的表面，3-微细金属栅格的一个单位，4-进行了表面处理的微细金属栅格的一个单位表面，5-保护层，6-偏振光学元件，7-基板，8-由铝制成的微细栅格的一个单位，9-进行了防蚀铝膜处理的氧化铝，10-保护层，11-液晶显示装置，12-第一基板，13-第二基板，14-液晶层，15-吸收型的二向色偏振镜，16-背光源组件，17-从背光源射出的TM偏振光，18-从背光源射出的TE偏振光，19-从周边入射的TE偏振光，20-从周边入射的TM偏振光，21-第一基板，22-第二基板，23-液晶层，24-吸收型的二向色偏振镜，25-保护层，26-微细金属栅格的一个单位，27-进行了表面处理的微细金属栅格的一个单位表面，28-背光源组件，29-偏振光学元件，30-液晶显示装置，31-从背光源射出的TM偏振光，32-从背光源射出的TE偏振光，33-从周边入射的TE偏振光，34-从周边入射的TM偏振光，40-偏振光学元件，41-基板，42-单位构造体，42a-碳纳米管，42b-铝，42c-氧化铝覆膜，43-保护层具体实施方式
本发明的偏振光学元件具有在基板上平行地排列了直径(或宽度)与可见光的波长相比足够小的金属线的微细金属栅格(线栅)构造，另外，通过对不与基板接触的一侧的金属线表面进行表面处理，形成了金属化合物的覆膜。构成微细金属栅格构造的平行排列的金属线的间隔小于可见光的波长，优选200nm以下。
作为表面处理，除了浸渍于溶液中的浸渍处理法或阳极氧化法、磷酸盐化法等化合物化成法等所谓化成处理以外，还可以利用等离子体处理，将金属表面氧化、氢氧化、氮化、氟化。
更优选的是，利用铝来制作微细金属栅格，通过对其进行阳极氧化处理(防蚀铝膜处理)而在各个微细金属栅格表面形成阳极氧化覆膜，利用阳极氧化覆膜为多孔层这一点，形成将其染色或在孔中含有微粒的构造。作为该微粒，可以考虑颜料、与铝不同的金属(例如镍、银、铁等)或者氢氧化铝或氮化铝之类的金属化合物等。
更优选的是，也可以通过在形成有进行了表面处理的微细金属栅格的基板的整个表面上，进一步设置覆盖微细金属栅格的透明层，将基板的表面平坦化。透明层由例如电介质材料形成。这样，由于起到防止微细金属栅格表面损伤的保护膜的作用，因此可以抑制偏振光学元件的光学特性的劣化。另外，由于可以构成使所述透明层具有大致平坦的表面的偏振光学元件，因此在偏振光学元件之上容易形成电极或取向膜等膜。
作为其它方式，也可以通过使所述透明层为粘结剂，而容易利用层压处理与其它的平板状元件贴合。作为该透明层，可以通过涂敷丙烯酸类树脂等那样的在透明性、强度、涂刷性方面优良的树脂等来形成。
由于是如上所述的构造，因此本发明的偏振光学元件可以根据光向偏振镜入射的面及偏振光来改变光的反射率及透射率。即，从基板侧向偏振镜入射的光当中的在与金属线平行的方向上振动的偏振光(TE偏振光)被反射，而与之垂直的方向的偏振光(TM偏振光)的大部分透射过去。
另一方面，从与基板相反的一侧向偏振镜入射的光，其TE偏振光被吸收，而TM偏振光的大部分透射过去。
所以，当将本发明的偏振光学元件应用于液晶显示装置时，可以使来自背光源的光当中的TM偏振光透过，将TE偏振光反射而再利用，从而光的利用效率大幅地提高。
另外，由于从外部向液晶显示装置入射的光当中的TM偏振光透射过去，而TE偏振光被吸收，因此不存在再次反射而回到外部的光，从而可以提高显示的对比度。
另外，由于只要在基板上形成微细金属细线构造，对其进行表面处理即可以制作，不需要精度优良地制作以往那样的两种以上的微细栅格构造，所以工序上的难度降低，可以制造对角线在20英寸以上的大型元件。
在所述说明中，虽然以微细栅格形状为例进行了说明，然而，不必一定为栅格状，只要具有金属呈现各向异性的构造即可。例如，也可以由在规定方向具有光的波长以上的长度、在与规定方向正交的方向具有与光的波长相比足够短的宽度的单位构造来构成。例如也可以是如下的构造，即，将对碳纳米纤维或碳纳米管的表面实施了金属镀敷的材料分散地配置于无序的位置，且使它们向同一方向偏转地进行排列。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在所有的附图中对相同的构件使用相同的参照符号。
(实施方式一)将本发明的偏振光学元件的实施方式一表示于图1中。本实施方式的偏振光学元件1具备基板2，在该基板2的一个表面2a上，形成有微细金属栅格构造3。该微细金属栅格构造3的表面因表面处理而成为金属化合物覆膜4。
基板2例如由光学透明的玻璃或树脂薄膜(例如PET、PC、PMMA薄膜)形成。微细金属栅格构造3例如由反光性高的银细线(高度300nm)形成，其线宽、间隔及平均栅格节距分别例如设定为50nm、100nm及150nm。
金属化合物覆膜4是形成于细线表层部的氧化银，对高300nm的银细线的上部150nm进行处理。这里，由于不是仅在银细线的表面上淀积其它的物质，而是将银表面本身改性，因此该细线整体的高度基本上不变。
覆盖微细金属栅格构造3的保护层5例如由具有透射性的光固化性树脂形成。保护层5的厚度最好足够大，例如达到1μm以上程度，使得向基板入射的光不会发生薄膜干涉。
当如此设置保护层5时，由于可以防止微细金属栅格构造2的劣化或损伤，因此可以获得寿命长的偏振光学元件。
本发明的偏振光学元件1可以使用如下所示的工序来制作。
①在玻璃或透明树脂薄膜等基板上蒸镀金属(例如银)。
②使用光刻的方法在金属蒸镀层上用光致抗蚀剂制成细线图案。
③对没有光致抗蚀剂图案的、金属露出的部分进行蚀刻处理。
④将光致抗蚀剂除去。
⑤进行表面处理，使金属细线图案表面氧化。
⑥将丙烯酸类树脂涂敷剂涂敷于表面上。
这里，作为利用光刻法的细线图案的制作方法，可以进行利用全息摄影的干涉光刻法或电子射线蚀刻法、或者利用电子束或激光束的直接描绘法的图案处理。另外，也可以使用纳米压印法(nanoimprint)。
另外，作为金属的蚀刻处理法，除了使用了Ar离子的离子束蚀刻等干式蚀刻法以外，也可以利用使用了溶液的湿式蚀刻法。
本实施方式中，微细金属栅格构造3只要是具有反光性的金属即可，作为其材料，除了银以外，还可以使用铝、镍、铂及它们的合金等。
微细金属栅格构造3的平均栅格节距只要与可见光线的波长相比足够小即可，优选10nm以上200nm以下。栅格节距不必一定是均匀的，也可以具有分布。
本实施方式的偏振光学元件基本上由唯一的200nm以下的非常微细的细线构造构成，制作微细金属栅格的次数基本上仅为一次。形成细线构造的金属层也只是利用真空蒸镀法等在基板上控制厚度地形成，因此与以往技术相比制作更为容易，材料数、工序数可以很少。因此，即使是对角线在20英寸以上的大画面尺寸的偏振光学元件，也可以用低成本容易地制作。
下面，对测定了利用所述方法制作的偏振光学元件1的光学特性的结果进行说明。
当从偏振光学元件1的基板2侧射入波长532nm的光时，入射的光当中的TE波的反射率为82％，TM波的透射率为80％。另一方面，当从微细金属栅格构造3侧射入光时，TE波的反射率为27％，TM波的透射率为80％。
根据该结果可知，当向本实施方式的偏振光学元件射入波长为532nm的光时，从基板侧入射的TE波的大部分被微细金属栅格构造3反射，而从微细金属栅格构造3侧入射的TE波的大部分被氧化覆膜4吸收。
另外可知，无论从哪一侧入射，入射光的TM波的大部分都会透过偏振镜1。
(实施方式二)将本发明的偏振光学元件6的实施方式二表示于图2中。本实施方式的偏振光学元件6由基板7和形成于基板7的一个表面的由铝制成的微细栅格构造8构成，微细栅格构造8的表面因阳极氧化处理(防蚀铝膜处理)而变为多孔构造的氧化铝覆膜(所谓防蚀铝覆膜)9，成为将该氧化铝覆膜9进行了着色的构造。
基板7例如由光学透明的玻璃或树脂薄膜(例如PET、PC、PMMA薄膜)形成。由铝制成的微细栅格构造8例如高度为300nm，其线宽、间隔及平均栅格节距分别例如设定为50nm、100nm及150nm。
多孔构造的氧化铝覆膜9是对高300nm的铝细线的上部150nm进行了处理的膜。这里，由于并非只是在铝细线的表面上淀积其它的物质，而是将铝表面本身改性，因此该细线整体的高度基本上不会改变。但是，实际上，在由铝变为氧化铝覆膜之时高度略有增加。
另外，多孔构造的氧化铝覆膜9通过在其孔之中浸透染料(例如碘)、颜料(例如碳纳米粒子)、电化学地析出的异种金属(例如镍)微粒或氢氧化铝之类的金属化合物等而实施着色。通过这样着色，可以降低对从微细金属栅格构造3侧入射的TE光的反射率。
覆盖微细栅格构造8的保护层10分别例如由具有透射性的光固化性树脂形成。保护层10的厚度最好足够大，例如达到1μm以上程度，使得向基板入射的光不会发生薄膜干涉。
当如此设置保护层10时，由于可以防止微细栅格构造8及9的劣化或损伤，因此可以获得寿命长的偏振光学元件。
本发明的偏振光学元件可以使用如下所示的工序来制作。
①在玻璃或透明树脂薄膜等基板7上蒸镀铝。
②使用光刻的方法在蒸镀层上用光致抗蚀剂制成细线图案。
③对没有光致抗蚀剂图案的、金属露出的部分进行蚀刻处理。
④将光致抗蚀剂除去。
⑤进行表面防蚀铝膜处理，将铝细线图案表面氧化。
⑥浸渍于混入了染料的溶液中，对氧化铝层着色。
⑦将丙烯酸类树脂涂敷剂涂敷于表面上。
这里，作为利用光刻法的细线图案的制作方法，可以进行利用全息摄影的干涉光刻法或电子射线蚀刻法、或者利用电子束或激光束的直接描绘法的图案处理。另外，也可以使用纳米压印法。
另外，作为铝的蚀刻处理法，除了使用了Ar离子的离子束蚀刻等干式蚀刻法以外，也可以利用使用了酸性溶液(磷酸、硝酸、乙酸的混合溶液等)或碱性溶液(氢氧化钠、氢氧化钾等)的湿式蚀刻法。
作为着色方法，除了染料以外，也可以浸渍于分散混入了碳纳米粒子等微细颜料的溶液中，使微细孔内含有碳纳米粒子。
或者，也可以通过将不同的金属(例如镍)微粒或氢氧化钠等金属化合物电化学析出到氧化铝层中来进行着色。
微细栅格构造8的平均栅格节距只要与可见光线的波长相比足够小即可，优选10nm以上200nm以下。栅格节距不必一定是均匀的，也可以具有分布。
本实施方式的偏振光学元件6基本上由唯一的200nm以下的非常微细的细线构造构成，制作微细金属栅格的次数基本上仅为一次。形成细线构造的铝层也只是利用真空蒸镀法等在基板上控制厚度地形成，因此与以往技术相比制作更为容易，材料数、工序数可以很少。由此，即使是对角线在20英寸以上的大画面尺寸的偏振光学元件，也可以用低成本容易地制作。
下面，对测定了利用所述方法制作的偏振光学元件6的光学特性的结果进行说明。
当从偏振光学元件1的基板2侧射入波长532nm的光时，入射的光当中的TE波的反射率为82％，TM波的透射率为80％。另一方面，当从微细金属栅格构造3侧射入光时，TE波的反射率为10％，TM波的透射率为80％。
根据该结果可知，当向本实施方式的偏振光学元件1射入波长为532nm的光时，从基板2侧入射的TE波的大部分被微细金属栅格构造3反射，而从微细金属栅格构造3侧入射的TE波的大部分被阳极氧化覆膜4吸收。
另外可知，无论从哪一侧入射，入射光的TM波的大部分都会透过偏振镜1。
(实施方式三)将本发明的偏振光学元件的实施方式三表示于图3中。图3(A)是从上面看到的本发明的偏振光学元件的概略示意图，图3(B)表示截面的概略示意图。本实施方式的偏振光学元件40在基板41的一个表面上分散配置有多个单位构造体42。该单位构造体42是用铝42b覆盖了碳纳米管42a的构造体，碳纳米管42a为向规定方向(图3的箭头K方向)偏转了的构造。另外，该碳纳米管42a的暴露于空气中的一侧的面因阳极氧化处理(防蚀铝膜处理)而成为多孔构造的氧化铝覆膜(所谓防蚀铝覆膜)42c，另外，成为对该氧化铝覆膜42c进行了着色的构造。
基板41例如由光学透明的玻璃或树脂薄膜(例如PET、PC、PMMA薄膜)形成。被铝42b覆盖了的碳纳米管42a例如规定方向(箭头K方向)的平均长度尺寸为2μm，与该规定方向正交的方向的平均长度尺寸(平均直径)为50nm，利用熔融镀铝将整个表面用100nm左右的铝覆盖。虽然其配置间隔也可以是无序的(随机)，但是相邻的碳纳米管42a间的间隔优选5nm以上200nm以下。
多孔构造的氧化铝覆膜42c是对形成于碳纳米管的单侧的面上的厚100nm的所有铝进行了处理的膜。这里，由于并非只是在覆盖碳纳米管的铝的表面上淀积其它的物质，而是将铝表面本身改性，因此该碳纳米管整体的直径基本上不会改变。但是，实际上，在由铝变为氧化铝覆膜之时直径略有增加。
另外，多孔构造的氧化铝覆膜42c通过在其孔之中浸透染料(例如碘)、颜料(例如碳纳米粒子)、电化学析出的异种金属(例如镍)微粒或氢氧化铝之类的金属化合物等而实施了着色。通过这样着色，可以降低对从碳纳米管42a侧入射的TE光的反射率。
覆盖分散配置了碳纳米管的整个表面的保护层43分别例如由具有透射性的光固化性树脂形成。保护层43的厚度最好足够大，例如达到1μm以上程度，使得向基板入射的光不会发生薄膜干涉。
当如此设置保护层43时，由于可以防止碳纳米管分散面的劣化或损伤，因此可以获得寿命长的偏振光学元件。
本发明的偏振光学元件可以使用如下所示的工序来制作。
①对碳纳米管利用熔融镀铝法在管表面形成铝。
②在乙醇溶液中分散①的覆盖了铝的碳纳米管。
③在玻璃或透明树脂薄膜等基板上涂刷②的分散液。
④在利用磁力使碳纳米管的朝向一致后干燥，将碳纳米管粘合在基材上。
⑤进行防蚀铝膜处理，将未与基材粘合的一侧的碳纳米管表面的铝氧化。
⑥浸渍于混入了染料的溶液中，对氧化铝层着色。
⑦将丙烯酸类树脂涂敷剂涂敷于表面上。
这里，作为着色方法，除了染料以外，也可以浸渍于分散混入了碳纳米粒子等微细颜料的溶液中，使微细孔内含有碳纳米粒子。或者，也可以通过对氧化铝层电化学析出不同的金属(例如镍)微粒或氢氧化钠等金属化合物来进行着色。
而且，偏振光学元件40只要是使在规定方向(箭头K方向)具有可见光的波长以上的长度、在与规定方向正交的方向上具有与可见光的波长相比足够短的宽度的单位构造体偏转到一定方向来配置即可，作为单位构造体除了本实施方式中所用的碳纳米管以外，只要是具有针状的形状并可以进行金属覆盖的物质，就可以选择，例如也可以利用针状氧化钛或针状氧化锌等来制作。而且，单位构造体的规定方向的长度优选1000nm以上，与规定方向正交的方向的长度为10nm以上200nm以下。
本实施方式的偏振光学元件40基本上是由使针状的单位构造体偏转到一个方向来配置的构造构成的，与以往技术相比制作更为容易，材料数、工序数可以很少。由此，即使是对角线在20英寸以上的大画面尺寸的偏振光学元件，也可以用低成本容易地制作。
(实施方式四)本发明的实施方式四是作为下侧(背光源侧)偏振片具备了实施方式二的偏振光学元件6的液晶显示装置。
以下，使用图4对使用了实施方式二的偏振光学元件的液晶显示装置11的结构进行说明。图4是概略地表示本发明的液晶显示装置11的截面的示意图。
如图4所示，具有由第一基板12和第二基板13(都为玻璃)夹持的液晶层14，在两个基板的液晶层侧表面设有用于对液晶层14施加电压的透明电极(未图示)。更具体来说，在透明电极和液晶层14之间，设有用于使液晶分子取向的取向膜(未图示)，进行与取向方向对应的摩擦处理，构成液晶层的液晶分子成为与该摩擦方向对应地扭转了的配置。
在第二基板13侧，在其下部设有背光源组件16，光向图中上方射出，对液晶层14进行照明。
在第二基板13的背光源侧表面，以其保护层10作为粘结剂，粘贴了实施方式二的偏振光学元件6。
在第一基板12的观察者侧，设有吸收偏振片15。吸收偏振片15被贴合成其透射轴与粘贴于第二基板13上的偏振光学元件6的透射轴正交。
这里，对图4所示的液晶显示装置11的显示原理进行说明。图5(A)及图5(B)分别是用于说明在未对液晶层14施加电场时可以实现明状态以及在施加了电场时可以实现暗状态的显示装置的原理的示意图。
首先，参照图5(A)对在未施加电场时可以实现明状态的原理进行说明。
从背光源16向液晶层14射入所有偏振状态的光。入射光当中的与第二基板13侧的偏振光学元件6的透射轴一致的TM偏振光17透过偏振光学元件6，被液晶层14旋光90度。其后，由于还透过观察者侧的吸收偏振片15而向观察者侧射出，因此可以获得明状态。
另一方面，从背光源组件16射出的光当中的TE偏振光18被配置于偏振光学元件6和背光源组件16的内部的散射反射层等反复反射。在反射之时，偏振方向被打乱，成为非偏振光而被循环利用。
另一方面，当与显示无关的来自外部的周边光射入液晶显示装置11时，入射光当中的与第一基板12侧的吸收偏振片15的透射轴一致的偏振光19透过吸收偏振片15，被液晶层14旋光90度。其后，透过第二基板13侧的偏振光学元件6，被背光源组件16内的散射反射层等反射。在反射之时，成为非偏振光而用于显示。
另外，由于从外部入射的光当中的与偏振光19正交的偏振光20被第一基板12侧的吸收偏振片15吸收，因此不参与显示。
下面，参照图5(B)对在施加电场时可以实现暗状态的原理进行说明。
虽然从作为光源的背光源组件16射入的光当中的、与第二基板13侧的偏振光学元件6的透射轴一致的TM偏振光17透过偏振光学元件6，然而，由于施加电场时的液晶层14保持入射光的偏振状态，因此被观察者侧的吸收偏振片15吸收而获得暗状态。由于从背光源组件16射出的光当中的与TM偏振光17正交的TE偏振光18被偏振光学元件6反射，因此也可以获得暗状态。
另一方面，当与显示无关的来自外部的周边光射入液晶显示装置11时，与第一基板12侧的吸收偏振片15的透射轴一致的偏振光19透过吸收偏振片15及液晶层14，被第二基板13侧的偏振光学元件6吸收。因此，光不会回到观察者侧，可以保持高对比度。另外，由于从外部入射的光当中的与偏振光19正交的偏振光20被第一基板12侧的吸收偏振片15吸收，因此也可以保持高对比度。
如上所述，当将实施方式二的偏振光学元件6作为液晶显示装置的下侧偏振片使用时，可以维持显示的对比度，并且可以将从背光源组件16射出的光几乎全部转换为一个偏振方向而有效地利用，因此可以获得明亮、高对比度的显示。
本实施方式中，虽然通过将实施方式二的偏振光学元件6粘贴于液晶显示装置的第二基板13上来构成液晶显示装置，然而本发明的液晶显示装置不限于此。
例如，也可以是偏振光学元件6的保护层10没有粘着性，而将其直接配置于以往的液晶显示装置的第二基板13与背光源16之间。此时，为了进一步提高显示的对比度，也可以将以往的二向色偏振镜配置于本发明的偏振光学元件6和第二基板13之间。
(实施方式五)本发明的实施方式五是如下的液晶显示装置，即，在实施方式二的偏振光学元件6中，将其基板兼用作构成液晶板的下侧(背光源侧)基板，使之起到下侧(背光源侧)偏振片的作用。
以下，使用图6对实施方式五的液晶显示装置30的结构进行说明。图6是概略地表示本发明的液晶显示装置30的截面的示意图。
如图6所示，具有由第一基板21和第二基板22(都为玻璃)夹持的液晶层23，在第二基板22的液晶层23侧表面上，形成有微细金属栅格构造26，微细金属栅格构造26的表面因表面处理而成为金属化合物的覆膜27，形成对该金属化合物的覆膜27进行了着色的构造。
另外，在整个第二基板22上，覆盖微细金属栅格构造26及27地形成有透明树脂，其作为保护层25。
在第一基板21的液晶层23侧表面及保护层25的液晶层23侧表面，设有用于对液晶层23施加电压的透明电极(未图示)。更具体来说，在透明电极和液晶层23之间，设有用于使液晶分子取向的取向膜(未图示)，进行与取向方向对应的摩擦处理，构成液晶层的液晶分子成为与该摩擦方向对应地扭转了的配置。
在第二基板22侧，在其下部设有背光源组件28，光向图中上方射出，从而对液晶层23进行照明。
在第一基板21的观察者侧，设有吸收偏振片24。吸收偏振片24被贴合成其透射轴与制作于第二基板22上的偏振光学元件29的透射轴正交。
这里，对图6所示的液晶显示装置30的显示原理进行说明。图7(A)及图7(B)分别是用于说明在未对液晶层23施加电场时可以实现明状态以及在施加了电场时可以实现暗状态的显示装置的原理的示意图。
首先，参照图7(A)对在未施加电场时可以实现明状态的原理进行说明。
此时，从背光源28向液晶层23射入所有偏振状态的光。入射光当中的与第二基板22侧的偏振光学元件29的透射轴一致的TM偏振光31透过偏振光学元件29，被液晶层23旋光90度。其后，由于还透过观察者侧的吸收偏振片24而向观察者侧射出，因此可以获得明状态。
另一方面，从背光源组件28射出的光当中的TE偏振光32被配置于偏振光学元件29和背光源组件28的内部的散射反射层等反复反射。在反射之时，偏振方向被打乱，成为非偏振光而被循环利用。
另一方面，当与显示无关的来自外部的周边光射入液晶显示装置30时，入射光当中的与第一基板21侧的吸收偏振片24的透射轴一致的偏振光33透过吸收偏振片24，被液晶层23旋光90度。其后，透过第二基板22侧的偏振光学元件29，被背光源组件28内的散射反射层等反射。在反射之时，成为非偏振光而用于显示。
另外，由于从外部入射的光当中的与偏振光33正交的偏振光34被第一基板21侧的吸收偏振片24吸收，因此不参与显示。
下面，参照图7(B)对在施加电场时可以实现暗状态的原理进行说明。
虽然从作为光源的背光源组件28射入的光当中的、与第二基板22侧的偏振光学元件29的透射轴一致的TM偏振光31透过偏振光学元件29，然而，由于施加电场时的液晶层23保持入射光的偏振状态，因此被观察者侧的吸收偏振片24吸收而获得暗状态。由于从背光源组件28射出的光当中的与TM偏振光31正交的TE偏振光32被偏振光学元件29反射，因此也可以获得暗状态。
另一方面，当与显示无关的来自外部的周边光射入液晶显示装置30时，与第一基板21侧的吸收偏振片24的透射轴一致的偏振光33透过吸收偏振片24及液晶层23，被第二基板22侧的偏振光学元件29吸收。由此，光不会回到观察者侧，可以保持高对比度。另外，由于从外部入射的光当中的与偏振光33正交的偏振光34被第一基板21侧的吸收偏振片24吸收，因此也可以保持高对比度。
如上所述，在本发明的液晶显示装置30中，由于可以维持显示的对比度，并且可以将从背光源组件28射出的光几乎全部转换为一个偏振方向而有效地利用，因此可以获得明亮、高对比度的显示。
另外，实施方式四、五中，虽然以使用了实施方式二的偏振光学元件6的情况为例进行了说明，然而，也可以取代实施方式二的偏振光学元件6，而使用实施方式一的偏振光学元件1或实施方式三的偏振光学元件40。
(产业可利用性)
可以提供如下的偏振光学元件，即，在应用于液晶显示装置时，可以实现具有高对比度的显示，并且可以大型化，而且在光利用效率方面优良。本发明的偏振光学元件适于用作透射型、半透射型、投影型的液晶显示装置的偏振片。
权利要求
1.一种偏振光学元件，是具有第一和第二主平面的平板型偏振光学元件，其特征是，在所述第一主平面上形成有沿规定方向排列的金属微细栅格，所述微细栅格的表面因对形成该微细栅格的金属的表面进行表面处理而成为由金属化合物构成的覆膜，对于从所述第一主平面侧入射的光，吸收与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过，对于从所述第二主平面侧入射的光，反射与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过。
2.一种偏振光学元件，是具有第一和第二主平面的平板型偏振光学元件，其特征是，在所述第一主平面上，使朝向与规定方向一致地分散配置了多个单位构造体，该多个单位构造体的所述规定方向的长度尺寸在光的波长以上，与所述规定方向正交的方向的长度尺寸小于光的波长，所述单位构造体的表面由金属覆盖，并且与所述第一主平面相对的一侧的该金属表面因表面处理而成为金属化合物，对于从所述第一主平面侧入射的光，吸收与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过，对于从所述第二主平面侧入射的光，反射与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过。
3.根据权利要求
1或2所述的偏振光学元件，其特征是，在所述第一主平面上还具备覆盖所述金属的透明层，所述透明层的表面是大致平坦的。
4.根据权利要求
3所述的偏振光学元件，其特征是，所述透明层为具有粘着性的透明树脂。
5.根据权利要求
1至4中的任意一项所述的偏振光学元件，其特征是，所述金属为铝，所述表面处理为阳极氧化处理，所述金属化合物为阳极氧化覆膜。
6.根据权利要求
1至5中的任意一项所述的偏振光学元件，其特征是，所述金属化合物中浸渗有染料。
7.根据权利要求
1至5中的任意一项所述的偏振光学元件，其特征是，所述金属化合物含有颜料。
8.根据权利要求
1至5中的任意一项所述的偏振光学元件，其特征是，对所述金属化合物电化学析出了与所述金属不同的金属或金属化合物。
9.一种使用了权利要求
1至8中的任意一项所述的偏振光学元件的液晶显示装置。
10.一种液晶显示装置，包括具有由第一基板和第二基板夹持的液晶层的液晶板，以及从第二基板侧对液晶层进行照明的背光源组件，通过对所述液晶层施加电压而进行显示，其特征是，在所述第二基板与所述背光源组件之间，设有权利要求
1至8中的任意一项所述的偏振光学元件，其中，使该偏振光学元件的第一主平面侧朝向所述第二基板侧，对于从所述第一主平面侧入射的光，所述偏振光学元件吸收与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过，对于从所述第二主平面侧入射的光，所述偏振光学元件反射与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过。
11.一种液晶显示装置，包括具有由第一基板和第二基板夹持的液晶层的液晶板；以及从第二基板侧对液晶层进行照明的背光源组件，通过对所述液晶层施加电压而进行显示，其特征是，在所述液晶层与所述第二基板之间，设有权利要求
1至8中的任意一项所述的偏振光学元件，其中，使该偏振光学元件的第一主平面侧朝向所述液晶层侧，对于从所述第一主平面侧入射的光，所述偏振光学元件吸收与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过，对于从所述第二主平面侧入射的光，所述偏振光学元件反射与所述规定方向平行的方向的偏振光，而使与所述规定方向正交的方向的偏振光透过。
专利摘要
本发明提供一种偏振光学元件，其在应用于液晶显示装置时，可以实现具有高对比度的显示，并且可以大型化，而且在光利用效率方面优良。本发明是光的反射率及透射率与所入射的方向和偏振状态对应地变化的偏振光学元件，具备微细金属栅格构造，该金属栅格表面因表面处理而成为金属化合物的覆膜。金属栅格的周期被设定为比光的波长短，进一步优选的是，金属化合物部分含有染料、颜料、异种的金属微粒或异种的金属化合物等。
文档编号G02F1/1335GK1996067SQ200610173217
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月30日
发明者佐藤敦, 永田佳秀, 金志优 申请人:第一毛织株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan